Hur man beräknar volymen kylvätska i ett värmesystem

Kylvätskans flödeshastighet är en viktig parameter som måste beräknas när man utformar ett autonomt värmesystem. Detta värde beaktas vid val av cirkulationspump, radiatorer, panna och andra typer av värmeutrustning. Om beräkningen av kylvätskans flödeshastighet utförs felaktigt kan det i framtiden leda till negativa konsekvenser.

• För det förstakan det hända att systemet inte klarar av belastningen, vilket gör att rummen inte blir tillräckligt varma även om pannan och pumpen är påslagna med full kapacitet.
• För det andrakan cirkulationspumpen, som arbetar på gränsen till vad som är möjligt, slitas ut snabbare och gå sönder.

För att undvika dessa och andra problem är det nödvändigt att noggrant studera begreppet kylmedlets massflödeshastighet och lära sig att beräkna detta värde.

Vad är kylvätskans flödeshastighet

Denna egenskap bestämmer den volym arbetsvätska som måste flöda varje sekund genom radiatorer, panna eller rör, så att systemet ger den nödvändiga värmeöverföringen och skapar en behaglig temperatur i lokalerna. Baserat på denna definition beräknas flödeshastigheten för varm vätska i kilogram per sekund (kg/s). Om beräkningarna till exempel gav ett resultat på 10 kg/s, betyder det att det under en sekund genom en godtycklig punkt i värmekretsen ska flöda 10 kg vatten eller speciell frostskyddsmedel. Om kylvätskans faktiska flödeshastighet i värmesystemet är lägre än den beräknade, kommer mindre värmeenergi att tillföras radiatorerna. Följaktligen kommer de att värmas upp till en lägre temperatur, och rummen kommer inte att kunna upprätta en optimal temperaturregim.

Vad kylvätskans flödeshastighet beror på

Enligt teorin utförs beräkningen av kylvätskeflödet för värmebelastningen med hänsyn till tre huvudparametrar: systemets designkapacitet, arbetsvätskans värmekapacitet och temperaturskillnaden mellan pannans inlopp och utlopp. Var och en av dessa egenskaper beror i sin tur på många andra faktorer. Exempelvis bestäms den dimensionerande kapaciteten av de uppvärmda rummens yta och volym, kvaliteten på värmeisoleringen, det lokala klimatet m.m. Värmeöverföringsmediets värmekapacitet beror på dess kemiska sammansättning. Temperaturskillnaden kan minska eller öka beroende på värmebatteriernas egenskaper och deras antal, rörens material, cirkulationspumpens kapacitet etc. För att korrekt kunna bestämma flödet av värmeöverföringsmediet enligt värmebelastningen bör vart och ett av de tre listade värdena beaktas mer i detalj.

Värmesystemets dimensionerande kapacitet

Denna indikator ska inte förväxlas med pannans uteffekt. Systemets designkapacitet beräknas individuellt för varje byggnad, med hänsyn till många olika parametrar:

• material i väggar, tak och golv, deras värmeledande egenskaper och värmekapacitet;
• klimatets särdrag i en viss region, den årliga medeltemperaturen;
• antalet radiatorer som ska installeras och deras egenskaper;
• värmeförluster i rör;
• önskad rumstemperatur etc.

Baserat på den beräknade designkapaciteten väljs en värmepanna med lämpliga egenskaper. Som regel väljs pannans enhetskapacitet med en reserv i händelse av oförutsedda situationer: onormal frost, installation av extra batterier etc.

Typ av kylvätska och dess egenskaper

Oftast i autonoma värmesystem använder destillerat vatten eller speciell frostskyddsmedel - Thermagent. Det första alternativet gör att du kan spara budgeten, men vatten blir snabbt förorenat med externa ämnen, orsakar bildandet av interna avlagringar och främjar utvecklingen av korrosion. Dess värmekapacitet är 4200 J/kg-K, med denna indikator överträffar vatten alla andra vätskor. Värmefrysande frostskyddsmedel, t.ex. Thermagent, är alkoholbaserade och innehåller etylenglykol eller propylenglykol. När det gäller specifik värmekapacitet är de absolut inte sämre än vanligt vatten och överträffar det i alla andra parametrar. För det första har sådana kompositioner en mild effekt på radiatorer, pannor, cirkulationspumpar och rör, vilket förhindrar för tidiga reparationer. För det andra orsakar Thermagent inte korrosion och ger tillförlitligt skydd av metallytor. För det tredje har sådana vätskor en låg kristallisationstemperatur, vilket utesluter frysning av vätskan under en planerad eller nödstopp av pannan i frostigt väder.

Vad påverkar värmeeffekten

Vid utformning av värmenätverk är det obligatoriskt att beräkna värmeeffekten från batterier, rör och andra delar av systemet. I praktiken återspeglas detta i temperaturskillnaden mellan pannans inlopp och utlopp. När uppvärmd frostskyddsvätska lämnar pannan ger den en del av den ackumulerade värmeenergin till radiatorer, rör och cirkulationspump. Följaktligen kyls den ned något efter att den har fullbordat en hel cirkel. Den kylda frostskyddsvätskan återvänder sedan till pannan genom inloppsröret, värms upp till den inställda temperaturen och cykeln upprepas. Temperaturskillnaden mellan pannans inlopp och utlopp påverkar direkt kylvätskans flödeshastighet. Om vätskan cirkulerar snabbare genom kretsen (t.ex. när cirkulationspumpen är på full effekt), kommer den att flöda snabbare genom radiatorerna. Följaktligen kommer kylvätskan att kylas ned mindre på kortare tid. Temperaturskillnaden blir större ju högre värmeeffekt radiatorerna har och ju fler radiatorer som finns i systemet. Genom att flöda genom fem radiatorer kommer vätskan att kylas ned mer än genom att flöda genom tre liknande radiatorer på samma tid.

Teknisk formel

När ett värmesystem konstrueras är formel oftast används är vätskeflödeshastigheten m = Q / (Cp × Δt). Värdet Q är systemets dimensionerande kapacitet. Cp är den specifika värmekapaciteten för den vätska som används som värmeöverföringsmedium. Den kan variera avsevärt för olika frostskyddsmedel. För att ta reda på det specifika värdet är det nödvändigt att läsa dokumentationen för kylvätskan eller katalogbeskrivningen. Denna information kan också erhållas från tillverkaren av materialet.

För att undvika fel är det nödvändigt att använda samma ordning på inmatningsparametrarna. Om t.ex. effekten Q anges i kW, ska den specifika värmekapaciteten anges i formeln i kJ/kg-K. På motsvarande sätt, om Q anges i watt, ska dimensionen för värmekapaciteten vara J/kg-K utan prefixet "kilo".

Låt oss ge ett enkelt exempel. Den beräknade effekten för ett autonomt värmesystem är 50 kW. I stället för vanligt vatten hälls en kylvätska med en specifik värmekapacitet på 0,9 kJ/kg-K i kretsen. Temperaturskillnaden mellan pannans inlopps- och utloppsrör är 10 grader. I detta fall är beräknat flöde för kylvätskan kommer att vara lika med 50/0,9-10 = 5,56 kg/s.

Ytterligare koefficienter

Formeln m = Q/(Cp × Δt), som beskrivs ovan, kan i sin ursprungliga form endast användas under idealiserade förhållanden, när uppvärmningen av huset inte påverkas av yttre faktorer. I praktiken är sådana situationer omöjliga eftersom värme oundvikligen försvinner ut genom väggar, fönster, tak och golv. Olika byggnadsmaterial (tegel, trä, betong etc.) har olika värden för värmeöverföringsmotstånd. Vid beräkningar används ofta följande koefficienter:

• 1,33-1,56 - byggnadens väggar är konstruerade av en träregel med en tjocklek på 200-240 mm;
• 1.4 - väggarna är gjorda av dekorativt tegel och har en tjocklek på 65 cm;
• 1,28 - för 65 cm tjockt murverk med invändigt lufthål;
• 1.13 - väggarna är gjorda av tegelstenar, murverket är 65 cm tjockt och det finns ingen luftspalt;
• 1,0 - rummet har rena golv, under vilka det finns träplankor eller mark;
• 0,9 - denna koefficient används vid värmeberäkningar för vindar som är täckta med korrugerad plåt, kakel eller asbestcement;
• 0,8 - för vindar med liknande beklädnad, men med massivt golv;
• 0,75 - för byggnader vars tak är täckta med rulltak;
• 0,7 - detta motståndsvärde gäller för innerväggar som gränsar till ouppvärmda rum utan ytterväggar;
• 0,6 - för lokaler med källare som ligger under markytan eller upp till 1 m över den;
• 0,4 - liknande föregående punkt, men angränsande rum har ytterväggar.

De angivna koefficienterna läggs till i nämnaren i formeln m = Q / (Cp × Δt). Den slutliga formeln blir således m = Q / k (Cp × Δt), där k är parametern för värmeöverföringsmotståndet.

Val av cirkulationspump enligt flödeshastigheten för värmeöverföringsmediet

I de tekniska egenskaperna för cirkulationspumpar anges flödeshastigheten som regel i liter per minut (l/min). I den formel som beskrivs ovan anges resultatet i kilogram per sekund (kg/s). För att välja pumpenhet måste därför enkla omräkningar göras. För det första ska mängden frostskyddsmedel inte beräknas i kilogram utan i liter. För att göra detta bör det erhållna resultatet divideras med frostskyddsmedlets densitet. Till exempel, om vätskan har en densitet på 1,06 ^g/cm3blir flödeshastigheten i liter från ovanstående beräkning lika med 5,56/1,06 = 5,25 l/s. För det andra bör minuter användas i stället för sekunder. För att göra detta multiplicerar du resultatet med 60. I detta exempel blir flödeshastigheten 5,25-60 = 315 l/min. Med hänsyn till det möjliga felet bör pumpen väljas med viss reservkapacitet, t.ex. 330-350 l/min.

Kylvätskans flödeshastighet genom kylaren

I de flesta fall beräknas flödeshastigheten för att välja en lämplig cirkulationspump. Men det är också värt att överväga när man väljer värmeradiatorer. Faktum är att flödeshastigheten för frostskyddsmedel i värmesystemet är proportionell mot vätskeflödets hastighet. Ju starkare trycket i rören är, desto högre är trycket. Motsvarande tryck kommer också att finnas i radiatorerna. Varje typ av radiator har ett maximalt tillåtet tryck. Om detta överskrids kan kylaren bli trycklös och läcka. Detta är särskilt kritiskt om värmen tillförs via radiatorer av paneltyp. Sådana radiatorer tål mindre tryck än sektionsradiatorer. Därför bör panelradiatorer installeras om flödeshastigheten genom radiatorn är relativt låg.

Volym kylvätska i systemet

När man gör beräkningar och utformar ett värmesystem räcker det inte med att veta hur man beräknar kylvätskans flödeshastighet. Det är också nödvändigt att ta hänsyn till volymen av arbetsvätska i värmekretsen. Denna parameter måste beräknas för att kunna köpa en tillräcklig mängd frostskyddsmedel och undvika påfyllning. Den totala volymen kylvätska i systemet består av tre komponenter:

• kapaciteten hos värmeväxlaren i pannan;
• radiatorernas volym;
• rörens volym.

De två första värdena finns i den tekniska dokumentationen för pannan och radiatorerna. De flesta pannor har värmeväxlare som är konstruerade för 3-7 liter. Modeller med fast bränsle är mer rymliga och rymmer upp till 25 liter frostskyddsmedel. Radiatorernas kapacitet beror på storleken på sektionerna eller panelerna, liksom deras antal och design. I genomsnitt rymmer en sektion av ett gjutjärnsbatteri 1,5 liter vätska, bimetallisk - 0,3 liter, aluminium - cirka 0,4 liter.

Vad ska man tänka på när man beräknar volymen frostskyddsmedel

Att beräkna rörledningarnas totala kapacitet är ganska enkelt. Om systemet använder rör av samma storlek räcker det att mäta deras inre diameter och totala längd. Volymen beräknas med formeln V = π × r2 × L, där π = 3,14, L - rörledningarnas längd och r - radien för rörets inre tvärsnitt (halva dess diameter). För att undvika fel bör längd och radie mätas i samma dimension - till exempel i meter. Om tvärsnittet mäts i millimeter bör längden också anges i mm, och den beräknade volymen kommer att mätas i kubikmillimeter (^mm3). För att konvertera kubikmillimeter till liter delar du resultatet i ^mm3 med 1.000.000. För att underlätta beräkningen kan typiska värden för standardrörstorlekar användas. I listan nedan visas värdena i följande ordning: rördimension i tum, invändig diameter och volym per längdmeter.

• 1/2, 15 mm - 0,177 l/m;
• 3/4, 20 mm - 0,314 l/m;
• 1, 25 mm - 0,491 l/m;
• 1 1/2, 40 mm - 1,257 l/m;
• 2, 50 mm - 2,467 l/m.

Tänk på ett exempel. Systemet använder en panna med en värmeväxlare på 6 liter, 10 radiatorer med en kapacitet på 4 liter vardera och 50 meter 3/4 tums rörledningar. Systemets totala volym blir 6 + 10 × 4 + 50 × 0,314 = 61,7 liter.

Vilken kylvätska ska användas i systemet

För att systemet för autonom uppvärmning effektivt ska kunna utföra sina funktioner är det viktigt att inte bara korrekt beräkna kylvätskans flödeshastighet utan också att korrekt välja dess sammansättning och egenskaper. Att använda vanligt vatten, även väl renat, rekommenderas inte. Det kan leda till för tidiga pannuppdelningar och tidigt slitage på radiatorer, liksom till bildandet av träskor i rören. Det är nödvändigt att hälla i kretsen speciell frostskyddsmedel - Termagent, som ska ha följande egenskaper.

Tillräcklig värmekapacitet. Från denna egenskap beror på vätskans förmåga att ackumulera termisk energi och överföra den från pannan till värmebatterierna.

Kemisk neutralitet. Ämnen som ingår i kylvätskan får inte ingå i kemiska reaktioner med metaller, plast, gummi och andra material som används i pannor, radiatorer, pumpar, rör och tätningar.

Motståndskraft mot frysning. Vanligt vatten börjar förvandlas till is vid noll temperatur. Om pannan stängs av under vintern på grund av brist på användning eller på grund av ett haveri kan vätskan frysa och bryta rören, radiatorerna och pannans värmeväxlare från insidan. Detta beror på att is har en densitet 10% mindre än vatten i flytande tillstånd. Speciella värmefrysskyddsmedel har hög frostbeständighet. Till exempel kristalliserar termomedel av etylenglykol vid -65 °C.

Säkerhet. Ångorna från värmeöverföringsvätskan får inte utgöra ett hot mot människors hälsa. Detta är avgörande eftersom arbetsvätskan kan förångas och spridas inomhus genom läckage, öppna expansionskärl och på andra sätt. Innehållet av flyktiga giftiga ämnen i frostskyddsvätska för uppvärmning är oacceptabelt.

Läs mer om hur du fyller värmesystemet med termiskt medel.

Slutsats

Rätt val av frostskyddsmedel och korrekt beräkning av kylvätskans flödeshastighet - en av de viktigaste förutsättningarna för stabil och effektiv drift av värmesystemet. Kvalitetsvätska kommer att ge kvalitetsvärmeväxling och bekvämt mikroklimat i lokalerna, och den korrekta beräkningen av flödeshastigheten gör att du kan välja en cirkulationspump med de mest lämpliga tekniska egenskaperna.